Biorecursos para el control de la contaminación ambiental

1. “Ciencia y Tecnología al Servicio del País”

2. Curso: Recursos Químicos en la Biodiversidad
Docente: Ing. Aldan Ramos
Facultad de Ingeniería Química y Textil
22-I
2022-I

3. Procesos para el tratamiento
de agua y suelos

4. Procesos para el tratamiento de agua y suelos
• Contribuyen a la seguridad alimentaria y la generación de servicios eco-sistémicos.
• Los procesos formadores del suelo son muy lentos y requieren largos períodos de tiempo.
• El manejo del suelo puede afectar significativamente a la cantidad y calidad de agua disponible.
• La degradación del suelo ya sea física, química y/o biológicamente, genera una reducción de la cobertura
vegetal, la disminución de la fertilidad, la contaminación del suelo y del agua y, debido a ello, el
empobrecimiento de las cosechas.
• El balance hidrológico se ve alterado producto de la deforestación, los cambios del uso del suelo y la
cobertura vegetal, la sobre explotación de los acuíferos y el drenaje de cuerpos de aguas naturales.
• Disminución de agua disponible: ocurre cuando el balance hídrico está alterado y se utiliza más agua de la
que se encuentra disponible.
• Pérdida de calidad del agua: por contaminación, sucede cuando la utilidad del agua se ve reducida y las
propiedades del agua están dañadas por el entorno y sus organismos.
• Como consecuencia de la falta de tratamiento de aguas residuales, el uso excesivo de abonos y
agroquímicos, la irrigación excesiva, y la contaminación por usos industriales, mineros o energéticos.

5. Contaminación del suelo

6. Contaminación del agua

7. Bioadsorción de contaminantes
• Adsorción: concentración de una sustancia sobre la superficie de otra fase sólida o líquida, es un fenómeno
superficial.
• Adsorbato: sustancia (contaminantes) que se concentra en la superficie.
• Adsorbente: la fase que retiene contaminantes.
• Bioadsorción: proceso por el cual un contaminante sólido presente en el agua, suelo o aire es atraído a la
superficie o estructura de un elemento sólido orgánico.
• Otras definiciones de bioadsorción:
a) Es un término que describe la eliminación de metales pesados por la unión pasiva a una biomasa a
partir de soluciones acuosas.
b) Consiste en la captación de diversas especies químicas por una biomasa (viva o muerta) a través de
mecanismos fisicoquímicos como la adsorción y el intercambio iónico.
• Se usa como adsorbente materiales de origen biológico (vivo o muerto) : algas, hongos, bacterias, cáscaras
de frutas, productos agrícolas y algunos tipos de biopolímeros.
• Involucra una fase sólida (biomasa) y una fase líquida (agua).

8. Ventajas y Desventajas de la Bioadsorción
Ventajas:
1. Tecnología de bajo costo.
2. Presenta una elevada eficacia.
3. Es posible la regeneración de un gran número
de bioadsorbentes.
4. Permitir la recuperación del metal.
5. No genera fangos químicos.
6. Permite la valorización de residuos.
7. El impacto ambiental se reduce
considerablemente.
Desventajas:
1. Técnicas convencionales están ampliamente
extendidas y son muy conocidas.
2. Interacciones de los metales de la disolución y
de los bioadsorbentes con otros compuestos
presentes en las aguas residuales pueden
ocasionar cambios en las capacidades de
retención.
3. Selección de los materiales bioadsorbentes
debe realizarse atendiendo a la disponibilidad y
a los costos.

9. Parámetros que influyen en la capacidad de bioadsorción
1. Efecto de la temperatura:
• Incrementar T° cambia la textura y deteriora el bioadsorbente.
• A bajas T° el equilibrio de adsorción es beneficiada.
2. Efecto del pH:
• Los iones hidrógeno se constituyen en un adsorbato fuertemente competitivo.
• El factor más importante tanto en la adsorción de cationes como de aniones es el pH.
• La adsorción de cationes suele estar favorecida para valores de pH > 4,5; la adsorción
de aniones prefiere un valor de pH entre 1,5 y 4.
3. Efecto del tamaño de partícula:
• Afecta en la velocidad de reacción o cinética de adsorción.
• Mientras más pequeña sea la partícula, esta tendrá mayor área superficial para
interactuar con el adsorbente.
4. Presencia de otros iones:
• Al no ser una técnica selectiva, se ve afectada por la gran variedad de contaminantes.

10. Parámetros que influyen en la capacidad de bioadsorción
5. Influencia del Tiempo de contacto:
• Momento a partir del cual se satura el bioadsorbente.
• Suele tardar pocas horas e incluso minutos dependiendo de las características de la disolución y concentración
del metal.
6. Tipo y concentración inicial del metal:
• Las propiedades físicas y químicas de los metales condicionan su comportamiento en disolución.
• La capacidad de retención de los sólidos depende del tipo de metal, de las condiciones experimentales y de la T°
de la disolución.
7. Efecto de la fuerza iónica:
• Expresar la composición iónica de una disolución, y se encuentra en función de todos los iones presentes en la
disolución.
8. Tipo de bioadsorbente:
• Se debe tener en cuenta la composición y reactividad química de la superficie del bioadsorbente.
• Conocer el tipo, estado químico, cantidad, disponibilidad y afinidad con el metal de los grupos funcionales
presentes en el bioadsorbente facilita la operación y mejora el rendimiento.
• A base de materia viva como bacterias, hongos y algas.
• Biomasa muerta: provenientes de residuos agrícolas, taninos y materiales con lignina.
• Adsorbentes no orgánicos: carbón activado, zeolitas, arcillas, gel de sílice, alúmina activada, biopolímeros o
resinas sintética y diversos derivados de residuos industriales y municipales.

11. Metales de interés en el proceso de bioadsorción
• 4 Categorías:
a) Pesados tóxicos:
• Compuesto por aproximadamente 40 elementos, de elevado peso atómico (mayor a 44).
• Densidad específica superior a 5 g/cm3, excluyendo generalmente a los metales alcalinos.
b) Estratégicos:
• Minerales que entran en la producción del acero
c) Preciosos:
• Se encuentran en estado libre en la naturaleza
d) Radionúclidos:
• es la forma inestable de un elemento que libera radiación a medida que se descompone y se vuelve más
estable. Los radionúclidos se pueden presentar en la naturaleza o producir en el laboratorio
La captación de aniones por acción de biomasas es importante industrial y ecológicamente; un ejemplo es la
remoción de iones de cromo hexavalente presente en aguas residuales.
Se ha demostrado, mediante diversos estudios, que el principal mecanismo de eliminación de Cr (VI) para
distintos biomateriales es la reacción oxido-reducción, convirtiendo el Cr (VI) a Cr (III).

12. Metales de interés en el proceso de bioadsorción

13. Bioadsorventes
Materiales de procedencia Bioadsorbentes
Organismos vivos
Penicillium
Aspergillus Rizopus
Paecilomyces
Bacillus
Biomasas
Cáscara de tamarindo
Cáscara de naranja
Cáscara del cacao
Cáscara de banano
Cáscara y semilla de manzana
Cebada (Hordecum vulgare)
Biopolímeros
Bentonita - Quitosano
Quitosano
Carbonos activados
Carbón activado a partir de
Escherichia
coli y carbón activado a partir de
Arthrobacter viscous
Carbón activado a partir de
cáscara de naranja
Carbón activado a partir de
cáscara de coco
Modificación
Químicas
Biomasa reticulada con
glutaraldehído
Biomasa reticulada con cloruro
de calcio
Biomasa modificada con ácido
cítrico
Taninos
Aserrín
Café
Té
Otros materiales
Arena
Zeolita
Cenizas volantes
• Son materiales provenientes de la flora
microbiana, algas, plantas, biomasas
residuales, productos agroindustriales o
algunos biopolímeros.
• La calidad del bioadsorbente está ligada
a la cantidad de sorbato que pueda
atraer y retener.
• Los principales materiales usados en
diferentes investigaciones para la
remoción de metales pesados en
medios acuosos son:

14. Ventajas y desventajas del uso de biomasa viva o muerta

15. Biorremediación de suelos
• Caracterización del sitio contaminado: conocer la magnitud de la contaminación.
• Se usan a los mismos microorganismos que viven en el suelo y el subsuelo, para que degraden los
compuestos.
• Los microorganismos del suelo son en su mayoría bacterias, protozoos, actinomicetos, hongos y algas.
• La degradación completa del hidrocarburo se convierte en agua y dióxido de carbono.
• Es necesario que se cumplan ciertas condiciones:
a) La temperatura debe ser la adecuada
b) Agua suficiente
c) Debe existir una cantidad adecuada de nutrientes
d) Cantidad de oxígeno suficiente (para microorganismos aerobios).
• Si estas condiciones no se cumplen, los microorganismos no crecen lo suficiente y mueren.

16. Biorremediación de suelos
• Existen factores físicos y químicos para que la biorremediación se lleve a cabo de manera eficiente:
• Agua: Entre el 80 y 90% del peso de las células bacterianas es agua
• pH: El intervalo del pH intracelular para que el crecimiento de los microorganismos sea óptimo es entre 6.5 y 7.5.
• Temperatura: A medida que aumenta la temperatura, las reacciones químicas y enzimáticas aumentan en la célula. Para cada
organismo existe una temperatura mínima, por debajo de la cual no hay crecimiento, una temperatura óptima en la que el
crecimiento es más rápido y una máxima, arriba de la cual ya no hay crecimiento. El intervalo para el crecimiento óptimo de la
mayoría de las bacterias está entre 20 °C y 35 °C.
• Oxígeno: La cantidad presente en el suelo debe ser al menos del 1%. Si es menor, se cambiarán las reacciones de respiración aerobias
por anaerobias.
• Nutrientes: La porción sólida de la célula de una bacteria está hecha de carbono, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno, fósforo y en menor
cantidad potasio, sodio, calcio, magnesio, cloruros, hierro, otros. El mayor componente (50%) es el carbono. El contaminante que se
quiere degradar debe contener este elemento. Después del carbono, el oxígeno es el que ocupa más espacio en la célula (20%). Se
requieren nutrientes y oxígeno para las nuevas células.

17. Requisitos de la biorremediación
• La biorremediación consiste en estimular a los microorganismos que habitan en el suelo contaminado
mediante la aplicación de nutrimentos y oxígeno.
• Los requisitos para que la biorremediación sea factible son los siguientes:
1. El subsuelo debe ser suficientemente permeable.
2. La concentración del sustrato (contaminante) debe ser mayor que la concentración de sustrato mínimo
para el crecimiento de los microorganismos.
3. Cantidad suficiente de bacterias o microorganismos para la degradación de los contaminantes del suelo.
4. Suministro de oxígeno al subsuelo.
5. Adecuado suministro de nutrientes como nitrógeno y fósforo, así como de los micronutrientes (hierro,
calcio, etc.).

18. Video biorremediación

19. Coagulantes naturales

20. Coagulantes Naturales
• La importancia de preservar el agua, ha dado como resultado el aumento en el desarrollo de tecnologías sustentables.
• Turbidez: medida del grado en el cual el agua pierde su transparencia, debido a la presencia de partículas en suspensión.
• Es uno de los parámetros más relevantes en el control de la calidad del agua para consumo humano.
• Parámetros que influyen en la turbidez: microorganismos, algas, sedimentos procedentes de la erosión, descarga de
efluentes, etc.
• Coagulantes naturales: fuente alternativa en el tratamiento de aguas, debido a que son biodegradables y no generan
daños al medio ambiente.
• En su mayoría son de origen vegetal, con presencia de agentes coagulantes activos como carbohidratos, taninos y
proteínas.
• Se han estudiado las semillas de una enorme variedad plantas como las semillas de maíz, Jatropha curcas, el frijol común,
Cassia obtusifolia, entre otros.
• Las semillas de Moringa oleífera posee componentes activos, tales como proteínas catiónicas de diferentes pesos
moleculares y además poseen capacidad antimicrobiana.
• La eliminación de sólidos disueltos y suspendidos influye directamente en la disminución de la DBO5, DQO,
fosfatos, grasas, aceites, turbidez y color, entre otros parámetros característicos del agua residual.
• Sulfato de aluminio se asocia con el cáncer, el Alzheimer y enfermedades óseas; el cloruro de hierro se relaciona
con varias formas de cáncer y con la inducción de daños en los cromosomas humanos.

21. Coagulantes naturales

22. Factores que influyen en la coagulación
Turbidez y color
1. Turbidez:
• Medida indirecta de la cantidad de partículas coloidales en suspensión.
• Partículas provienen de:
a) Los procesos erosivos ocasionados por deforestación
b) Arrastre de sedimentos del cauce de la corriente
c) Presencia excesiva de microorganismos
d) Influencia de vertidos domésticos, industriales o agropecuarios.
• El nivel de turbiedad se expresa en NTU (Unidad Nefelométrica de Turbidez) y
se mide en un equipo llamado turbidímetro.
• Según la NTP: Para consumo humano la Turbidez < 5 NTU.
2. Color:
• Por la presencia de iones metálicos naturales (Fe y Mn), humus, materia
orgánica y contaminantes domésticos e industriales.
• Las unidades de medición del color son las unidades de Platino Cobalto (UPC) o,
simplemente, Unidades de color (UC) y se mide con equipos llamados
colorímetros o fotómetros.
• Si hay turbiedad en una muestra, la medida de color será color aparente; si la
turbiedad se remueve antes, la medida será color verdadero.
• El color no deberá sobrepasar de las 15 UPC en aguas para consumo.

23. Factores que influyen en la coagulación
pH y alcalinidad
3. pH:
• Determina si una sustancia es ácida, neutra o básica, por medio del cálculo
del número iones hidrogeno presentes.
• Los valores de pH por debajo de 7 indican que una sustancia es ácida y los
valores de pH por encima de 7 indican que es básica.
• En el Reglamento de la Calidad de Agua para Consumo Humano, aprobado
con DS N° 031-2010-SA del 2010, se establece que el límite máximo
permisible del pH se debe encontrar en el rango de 6.5 a 8.5 en aguas para
consumo humano.
4. Alcalinidad:
• Del contenido de bicarbonatos (HCO3
-), carbonatos (CO3
2-) e hidróxidos de
un agua natural o tratada.
• La alcalinidad tiene relación con el pH del agua.

24. Factores que influyen en la coagulación
Temperatura
Dosis Óptima
5. Temperatura:
• La variación de 1°C genera la formación de corrientes de densidad
que afecta a la energía cinética de las partículas en suspensión
• Las temperaturas muy elevadas desfavorecen a la coagulación ya que
la reacción es más lenta.
• Una disminución de la temperatura del agua en una unidad de
decantación conlleva a un aumento de su viscosidad.
6. Dosis Optima:
• Es el volumen indicado de coagulante a una concentración
determinada con la cual se logrará conseguir la formación de flóculos
con mayor compactación y velocidad de sedimentación.
• Esto permitirá obtener un mayor porcentaje de reducción de la
turbidez.

25. Usos de coagulación y floculación
• Coagulación-floculación: proceso por el cual las partículas se aglutinan en pequeñas masas, con peso
específico superior al del agua, llamadas flóculos.
• La coagulación es un proceso donde se producen micropartículas, las cuales chocan con otras y forman
estructuras más grandes (flóculos) en el proceso de floculación.
a) Remoción de turbiedad orgánica o inorgánica que no puede sedimentar rápidamente.
b) Remoción de color verdadero y aparente.
c) Eliminación de bacterias, virus y organismos patógenos susceptibles de ser separados por coagulación.
d) Destrucción de algas y plancton en general.
e) Eliminación de substancias productoras de sabor y de olor en algunos casos y de precipitados químicos
suspendidos o compuestos orgánicos en otros.

26. Ejemplos de eficiencias de remoción

27. Opuntia Ficus Indica (cactus)
• Produce un hidrocoloide, conocido como mucílago, el cual forma redes
moleculares que pueden retener grandes cantidades de agua.
• El mucílago se conforma por diferentes tipos de polisacáridos y contiene
proporciones variables de L-arabinosa, D-galactosa, L-ramnosa, D-xilosa,
y el ácido galacturónico, siendo este último su componente principal.

28. Moringa Oleifera
• El modo de empleo es artesanal.
• Se muelen las semillas maduras y se envuelven en algún tipo de tejido
que impida que se disgreguen al introducirlas en el agua a purificar.
• Se le atribuyen propiedades medicinales, alimenticias y comerciales.
• Contiene aminoácidos polares con carga positiva y negativa, que
interactúan con las partículas coloidales responsables de la turbidez y
el color.

29. Sábila (Aloe vera)
• Su composición química está constituida por una mezcla de
antraquinonas, vitaminas, minerales, carbohidratos, enzimas,
aminoácidos, lípidos y compuestos orgánicos.
• Posee en su interior una sustancia viscosa llamado gel o
mucílago, el cual representa entre el 65 – 80% de su peso.
• Contiene más de 130 compuestos en distintas cantidades, entre
ellas la manosa, glucosa, galactosa, etc.

30. Tamarindo
• Sus semillas son fuentes ricas en carbohidratos (57,1%), proteínas
(13,3%) y agua (11,3%).
• La fracción proteica está formada mayoritariamente por los ácidos
glutámico y aspártico, glicina y leucina, siendo los dos primeros
los responsables de la coagulación.

31. Caesalpinia spinosa (tara)
• La goma de tara presenta taninos en su estructura que actúan como un
clarificador del agua, lo cual se da por la gran cantidad de proteínas que
ésta posee.
• Contiene elementos que son empleados como decolorante y
antioxidante.
• El peso molecular de su goma es elevado por su elevada composición de
polisacáridos, por lo que presenta características gelificante en bajas
concentraciones.
• La goma en polvo presenta una apariencia de coloraciones claras o
cremas, es inodora, insípida y muy estable a temperatura ambiente,
además es de fácil obtención.

32. Quitosano
• Es un polisacárido natural de alto peso molecular,
producido principalmente por desacetilación alcalina
de la quitina presente en: crustáceos, hongos,
insectos, anélidos, moluscos, celenterados etc.
• Los componentes activos de coagulación del
quitosano son polisacáridos, formados por N-
acetilglucosamina.
• Es un polielectrolito catiónico debido a la presencia
de grupos amino primarios, que es adecuado para la
eliminación de los colorantes aniónicos desde la
perspectiva de la atracción de cargas.
• Efectivo en el tratamiento de agua con altos
contenidos de ácidos húmicos, también en la
remoción de turbidez de suspensiones de partículas
coloidales como látex y caolinita y en la remoción
aceite de pescado, metales y surfactantes.

33. Otros procesos: procesos de
oxidación avanzada y
electroquímicos

34. Procesos de oxidación avanzada
• Habitualmente las PTAR están conformadas por 3 etapas.
• Dependiendo de las características y de la composición de las aguas residuales, se hace necesario un tratamiento terciario, con el
objetivo de regenerar y reutilizar las aguas que serán tratadas.
• Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales
• Los POA encuentran su aplicación principal en el tratamiento terciario, para eliminar compuestos difícilmente biodegradables e
incluso disminuir la contaminación microbiológica.
• Los POA pueden oxidar gran variedad de contaminantes, llegando a mineralizarlos si el proceso se prolonga lo suficiente o
quedándose en estados de oxidación intermedios para su depuración con otros métodos como los procesos biológicos
• Los POA se basan en procesos fisicoquímicos que involucran la generación y uso de especies tales como el radical hidroxilo (●OH).
• El radical hidroxilo posee alta efectividad para la oxidación de materia orgánica en condiciones suaves de presión y temperatura.
• Los radicales se generan a partir de oxígeno, agua oxigenada y catalizadores, obteniéndose como subproductos únicamente agua
y dióxido de carbono.
• La reactividad de este radical posibilita la eliminación de compuestos orgánicos e inorgánicos, reduciéndose el DQO, Carbono
Orgánico Total y la toxicidad en las aguas residuales tratadas.
• La generación de radicales hidroxilo se puede acelerar por la combinación de algunos agentes oxidantes como ozono, peróxido de
hidrogeno, radiación UV, sales de hierro (Fe (II) y Fe (III)) y catalizadores como dióxido de titanio.

35. Ventajas e inconvenientes de los POA
Ventajas:
1. No sólo cambian de fase al contaminante, lo transforman
químicamente.
2. Capacidad potencial para mineralización de los contaminantes
orgánicos y oxidación de compuestos inorgánicos hasta dióxido
de carbono e iones cloruros, nitratos, etc.
3. Eliminan efectos sobre la salud de desinfectantes, medicamentos
y oxidantes residuales como el cloro.
4. Pueden no generar subproductos.
5. Los reactivos utilizados como oxidantes son sustancias que se
descomponen en productos inocuos.
6. Muy útiles para eliminar contaminantes que resisten otros
métodos de tratamiento.
7. Aumentan la biodegradabilidad del agua residual.
8. Sirven para tratar contaminantes a muy baja concentración.
9. Mejoran las características organolépticas de las aguas tratadas.
Desventajas:
1. Elevado costo.
2. Pueden formar subproductos de reacciones
indeseables.
3. Necesitan tiempos de reacción elevados.
4. Los costos de inversión y operación pueden ser
elevados.
5. Es necesario mano de obra especializada.

36. Tecnologías de oxidación avanzada

37. Ozonización/Peróxido de hidrógeno
• Ozono es un gas incoloro, de olor fuerte y de alto poder oxidante.
• Es la forma triatómica del oxígeno y en fase acuosa se descompone rápidamente a oxígeno y especies
radicales.
• El ozono tiene capacidad de oxidar compuestos de difícil tratabilidad, en varias investigaciones se menciona
su aplicación en el tratamiento de los efluentes de la industria de papel y celulosa y en la degradación de
algunos compuestos presentes en los efluentes de la industria textil.
• También se ha utilizado para la remoción de pesticidas y compuestos fenólicos presentes en trazas.
• La aplicación de ozono favorece la remoción del color con eficiencias de remoción entre 95 % y 97 %,
tratando efluentes de la industria de pulpa y papel.
• En lo que se refiere a la reducción de demanda química de oxígeno (DQO) o carbono orgánico total (COT) las
eficiencias no exceden usualmente 50 % a 40 %, respectivamente.

38. Ozonización/Peróxido de hidrógeno

39. Proceso Fenton
• Fenton (1894) descubrió que el peróxido de hidrógeno (H2O2) podía activarse con iones ferrosos.
• Se basa en procesos fisicoquímicos.
• Involucran la generación y uso de especies reactivas del oxígeno, como el radical hidroxilo.
• El radical hidroxilo posee efectividad para la oxidación de materia orgánica y para reaccionar 106 - 1012 veces más
rápido que oxidantes alternativos como el O3
• Al emplear el proceso Fenton se puede obtener una degradación parcial o total de contaminantes inorgánicos y
orgánicos persistentes, dando lugar a una disminución de la toxicidad del efluente
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH- + °OH (°OH: radical hidroxilo)
Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + H+ + HO2° (HO2°: radical perhidroxilo)

40. Proceso Fenton
• El rendimiento del proceso de oxidación Fenton depende de la concentración del agente oxidante y catalítico,
temperatura, pH y tiempo de reacción.
• La eficiencia está relacionada con la naturaleza del contaminante a degradar y con la presencia de otros
compuestos orgánicos e inorgánicos.
• Requiere de un ajuste de pH antes y después del tratamiento, debido a que funciona en medio ácido.
• Se debe aplicar un tratamiento posterior para eliminar el hierro residual en el efluente, debido a que genera
lodos tóxicos durante el proceso

41. Procesos de Oxidación Avanzada

42. Electroquímica
• Algunos procesos electroquímicos a gran escala han sido y son los causantes de importante impacto ambiental.
• En relación a la emisión de contaminantes al aire y/o a los cuerpos de agua.
• Dentro de las industrias electroquímicas potencialmente generadoras de contaminantes, se encuentran la
producción de cloro, por el proceso cloro-soda, y las plantas de electro deposición.
• La electroquímica aporta herramientas para estudiar, controlar, mitigar, o tratar residuos industriales.
• Dado que los tratamientos electroquímicos implican una etapa de electrólisis, estos se pueden agrupar en función
del tipo de eliminación que se produce:

43. Electroquímica
Proceso Anódico:
• Produce la oxidación de los compuestos orgánicos
o inorgánicos.
• Puede producirse directamente como una
transferencia de electrones
Proceso Catódico:
• Relacionado con la reducción de metales tóxicos
de aguas residuales.
• Algunos procesos industriales generan efluentes
con alto contenido de iones metálicos (100.000
ppm) mientras que las regulaciones ambientales
exigen que estas cantidades estén del orden de
0,05 a 5 ppm.
• Eficiencia del proceso de reducción estará en
función del material empleado como cátodo.
• El método de reducción de los iones metálicos
implica una primera etapa de conversión al metal
sobre la superficie de un electrodo adecuado.
• Posteriormente se debe remover el metal
depositado para su posterior reutilización.

44. Desafíos tecnológicos del tratamiento electroquímico
• Las concentraciones tienen que ser bajas.
• La disminución de la concentración del metal disminuye la eficiencia de la corriente.
• Se requiere de un electrolito de soporte.
• Se debe prevenir o minimizar la reacción de desprendimiento de H2 o reducción de O2.
• La superficie del cátodo cambia sus propiedades con el tiempo.
• Altas velocidades de flujo aumentan la corriente límite pero disminuyen el tiempo de residencia.
• Otras sustancias presentes pueden interferir.

45. Ventajas
a) Compatibilidad ambiental: se le considera una tecnología “limpia” en el sentido que utiliza como reactivo
principalmente al electrón.
b) Versatilidad: es posible utilizar un mismo sistema de tratamiento para eliminar distintos compuestos tóxicos
sin mayores cambios en los diseños ni en los electrodos empleados.
c) Eficiencia de energía: si se controlan las reacciones competitivas (empleando electrodos con adecuada
actividad catalítica), es posible lograr altas eficiencias en la energía eléctrica empleada.
d) Seguridad: el tratamiento electroquímico es seguro, desde el momento que no es necesario almacenar ni
utilizar reactivos tóxicos.
e) Selectividad: la posibilidad de controlar el potencial del electrodo de trabajo, ánodo o cátodo, permite
seleccionar la reacción electroquímica deseada.
f) Automatización: si el tratamiento se va a emplear rutinariamente para un determinado tipo de residuo, es
factible automatizar totalmente el proceso con la posibilidad actual de adquirir y procesar datos
experimentales en tiempo real.
g) Costo: si bien el tipo de instalación requerida implica una importante inversión económica, y un
considerable uso de energía eléctrica; con el uso continuo del sistema es posible recuperar la inversión.

46. Electroquímica

47. Plantas y fitorremediación

48. Plantas y fitorremediación
• Tecnologías que se basan en el uso de plantas para limpiar o restaurar ambientes contaminados, como
aguas, suelos, e incluso aire.
• Cualquier proceso biológico, químico o físico inducido por las plantas, que ayude en la absorción, secuestro,
degradación y metabolismo de los contaminantes.
• Estrategias de fitorremediación:

49. Estrategias de fitorremediación
1. Fitodegradación o fitotransformación:
• Uso de plantas para degradar o transformar contaminantes orgánicos (hidrocarburos aromáticos, hidrocarburos
derivados del petróleo, plaguicidas (herbicidas, insecticidas y fungicidas), compuestos clorados y surfactantes o
detergentes) en sustancias menos tóxicas.
• Se logra a través de reacciones enzimáticas que llevan a cabo plantas y microorganismos en la rizósfera, que es la
zona del suelo estrechamente asociada con las raíces de las plantas.
• Son asimilados por las plantas y secuestrados en sus vacuolas o fijados a estructuras celulares insolubles, como la
lignina.
2. Fitovolatilización:
• Algunas plantas son capaces de volatilizar ciertos contaminantes, como mercurio y selenio, que están contenidos en
el suelo, en los sedimentos o en el agua.
• Los contaminantes son absorbidos, metabolizados y trasportados desde su raíz a sus partes superiores y liberados a
la atmósfera en formas volátiles, que son menos tóxicas o relativamente menos peligrosas en comparación con sus
formas oxidadas.
• La transformación de dichos elementos se efectúa básicamente en la raíz, y su liberación se lleva a cabo durante la
transpiración.

50. Estrategias de fitorremediación
3. Fitoestabilización:
• Utiliza plantas que desarrollan una densa red de su raíz, para reducir la biodisponibilidad de metales y otros
contaminantes.
• Se realiza por medio de mecanismos de secuestración, lignificación o humidificación.
• Las plantas ejercen un control hidráulico en el área contaminada, succionando la humedad de los suelos debido a sus
altas tasas de evapotranspiración.
• Mantiene una humedad constante en la zona de la rizósfera, teniendo las condiciones adecuadas para la
inmovilización de los metales.
• Esto ocurre a través de reacciones químicas generando la precipitación o formación de complejos insolubles o por
mecanismos físicos, como la adsorción.
• Los metales se fijan fuertemente en las raíces de las plantas o en la materia orgánica de los suelos, limitando así su
biodisponibilidad y su migración vertical hacia los mantos freáticos.
4. Rizodegradación:
• Se basa en hacer crecer, en cultivos hidropónicos, raíces de plantas terrestres con alta tasa de crecimiento y área
superficial para absorber, concentrar y precipitar metales pesados de aguas residuales contaminadas.

51. Estrategias de fitorremediación
5. Fitoestimulación:
• Los exudados de las raíces de las plantas estimulan el crecimiento de microorganismos capaces de degradar
contaminantes orgánicos.
• Como parte de sus actividades metabólicas y fisiológicas, las plantas liberan azúcares simples, aminoácidos,
compuestos alifáticos y aromáticos, nutrientes, enzimas y oxígeno, y los transportan desde sus partes superiores
hasta sus raíces.
• Esto favorece el desarrollo de comunidades microbianas en el suelo circundante; particularmente hongos y
bacterias, cuyas actividades metabólicas causan la mineralización de los contaminantes.
6. Fitoextracción o fitoacumulación:
• Algunas plantas tiene la capacidad de acumular contaminantes en sus raíces, tallos o follaje; las cuales pueden ser
fácilmente cosechadas.
• Los contaminantes extraídos son principalmente metales pesados, aunque también puede extraerse cierto tipo de
contaminantes orgánicos e isótopos radiactivos.
• Generalmente los sistemas de fitoextracción se implementan para extraer metales de suelos contaminados, por
medio de plantas conocidas como metalofitas, es decir acumuladoras de metales; sin embargo, también pueden
implementarse para tratar aguas residuales.
• Las medidas correctivas para contaminantes orgánicos incluyen la fitodegradación (o fitotransformación) y la
fitoestimulación, mientras que para los metales pesados, incluidos los metaloides, radionúclidos y ciertos tipos de
contaminantes orgánicos, se aplican la fitovolatilización, la fitoestabilización, la fitoextracción y la rizofiltración.

52. Ventajas y desventajas de la fitorremediación

53. Criterios de selección de plantas para la fitorremediación
• La eficiencia de remoción de contaminantes dependerá de:
a) Especie de planta utilizada
b) Estado de crecimiento de la planta
c) Estacionalidad
d) Tipo de metal a remover
• Las plantas a utilizar deben tener las siguientes características:
a) Ser tolerantes a altas concentraciones de metales.
b) Ser acumuladoras de metales.
c) Tener una rápida tasa de crecimiento y alta productividad.
d) Ser especies locales, representativas de la comunidad natural.
e) Ser fácilmente cosechables.

54. Plantas usadas en fitorremediación
Abedul "Betula pubescens"
• Es idóneo para este uso debido a su voluminoso follaje y sus
sistemas de raíces.
• Esta especie se encuentra en los entornos degradados de toda
Europa, especialmente en ambientes con altas concentraciones de
metales pesados como el plomo (Pb) y el zinc (Zn).
• Su estrategia descontaminante consiste en acumular los metales en
diferentes partes, principalmente en sus hojas.
Ave del paraíso "Heliconia psittacorum":
• Es una planta perenne que puede alcanzar una altura de hasta tres
metros y sus raíces se extienden de manera horizontal.
• Esta disposición de sus raíces facilita su acción biorremediadora.
• Se conoce su eficiencia en la eliminación de materia orgánica en
sistemas naturales y en descontaminación de aguas residuales.

55. Plantas usadas en fitorremediación
Viola baoshanensis "Thlaspi caerulescens"
• Esta planta herbácea que se encuentra en Norteamérica.
• Muy apreciada por su capacidad para absorber metales pesados.
• Estudios de campo y en invernadero realizados con esta especie
demostraron su gran capacidad para acumular grandes cantidades de
cadmio (Cd) en sus raíces y brotes.
Vetiver "Chrysopogon zizanioides":
• Es una gramínea de rápido desarrollo, muy resistente a condiciones
adversas como la salinidad y la sequía.
• Fácilmente adaptable a todo tipo de condiciones de cultivo y tiene un
sistema radicular vertical y muy fuerte, por lo que es ideal para
biorremediar ambientes contaminados.
• Es eficiente en la eliminación de Zn, Pb y Cr.
• Las altas concentraciones de estos contaminantes inhiben la
productividad de la planta, pero si se suministra nitrógeno (N) se puede
evitar este efecto.
• Esta especie ha sido utilizada para abordar la problemática de los lodos
industriales contaminados que causan gran daño ambiental.

56. Plantas usadas en fitorremediación
Mostaza india "Brasica juncea":
• Posee propiedades nutritivas y múltiples beneficios para el organismo.
• Se ha observado un óptimo desempeño de esta especie en suelos
contaminados con Hg.
• También tiene la capacidad de fitoestabilizar el suelo inmovilizando
contaminantes como Pb, Cd, Zn y Cr.
Girasol "Heliantus annuus":
• Esta especie es muy apreciada por su valor alimenticio y ornamental.
• Es originaria de América y se cultiva en todo el mundo.
• Las raíces del girasol son capaces de extraer del 10 a 25% de los metales
del suelo.
• Se caracteriza por su alto potencial para remediar el suelo contaminado
con Pb cuando se asocia con hongos microrrízicos (hongos que se
asocian a las raíces).
• También se está investigando su alta capacidad para hiperacumular
cromo (Cr).

57. Plantas usadas en fitorremediación
Plantas peruanas:
• Cinco plantas nativas: Baccharis buxifolia, Calamagrostis spp., Lupinus spp., Paranephelius ovatus y Werneria
nubigena, se determinó que la Calamagrostis spp., la Paranephelius ovatus y la Werneria nubigena tienen un
mayor potencial de fitorremediación.
• Se concluyó que la especie Paranephelius ovatus fue la única planta que acumuló efectivamente en sus
tejidos todos los metales analizados.

58. Listado de plantas usadas en fitorremediación

59. Fitorremediación

60. ¡MUCHAS GRACIAS!